2021-01-04
抗生素耐药性及其在全球范围内的传播已成为国际关注的热点。由于抗生素在医疗以及养殖业中的大量使用，增加了抗生素抗性基因（ARGs）在环境中的丰度和多样性，加速了抗性基因在环境中的传播。ARGs已成为一种新型的环境污染物，人们逐渐认识到ARGs在环境中的持久性残留、传播和扩散比抗生素本身的危害性还要大。因此，抗生素抗性基因的研究在环境科学领域也日益受到关注。
那么，如何对ARGs开展研究呢？宏基因组、宏转录组测序或许是较直接的研究方法，我们可以通过测序挖掘群落中微生物携带的各类抗性基因的信息（需要依靠抗性基因相关数据库）。当然，宏组学研究分析比较复杂，花费也较大。因此，我们也可以采取更为“经济”的办法：一方面通过16S rRNA基因测序，对微生物群落的多样性组成谱进行解析普查；另一方面，通过荧光定量PCR的检测方法，对关注的ARGs进行定量分析。这样，就能双管齐下，还可以将菌群的组成分布特征，与ARGs的变化规律关联起来哦！
最近，派森诺与华东师范大学、中国农业科学院合作，分别对食物废弃物和牛粪堆肥中的微生物群落及其携带的ARGs进行了研究，采取的就是16S rRNA基因测序+荧光定量PCR检测的方法，相关成果分别发表于环境微生态领域的权威期刊《Environment International》（影响因子：7.577）和《Bioresource Technology》（影响因子：7.539）上，可谓ARGs研究的典型范例！
项目文章①
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412020319681
研究目的：
ARGs在食物废弃物中大量存在，但是目前对于ARGs在食物废弃及其后续的工业化处理过程中的传播扩散方式和影响路径仍了解有限。本研究对两类主要的食物废弃物处理系统——好氧发酵（AF）和厌氧发酵（AcoD）系统中，ARGs的变化规律进行了分析。
研究方法：
本研究对10种ARGs（包括多重耐药性（MDR）基因mexF、磺胺类抗性（sulR）基因sul1、四环素类抗性（tetR）基因tetQ、氨基糖甙类抗性（AgyR）基因aadA和strB、大环内酯类抗性（MLsR）基因mefA和ermB、Beta内酰胺类抗性（blaR）基因blaCTX-M、blaTEM和blaOXA）、2类整合子（I类整合子intl1和II类整合子intl2）以及16S rRNA基因分别进行了荧光定量PCR检测，并通过高通量测序对微生物群落进行了解析。
测序平台：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序区域：微生物组细菌16S rRNA基因V3-V4区
研究结果：
分析结果表明，食物废弃物在处理前后，ARGs和整合子的相对丰度都显著增加。在检测的ARGs中，ermB和strB的丰度达到52.58~95.28%，是最主要的类群。Mantel检验还发现，I类和II类整合子（intl1和intl2）的丰度变化与ARGs显著正相关（r = 0.24，p < 0.05），表明整合子在食物废弃物处理过程中，对ARGs的丰度变化具有重要影响。本研究还通过RDA冗余分析，发现在处理前的食物废弃物原料中，blaOXA、strB和blaTEM可能主要来源于潜在细菌宿主Firmicutes（96.55–99.77%）；但在AF处理系统中，blaCTX-M和mefA更多地在潜在细菌宿主Proteobacteria（17.12–49.82%)）中富集，而在AcoD中，ermB、sul1、aadA和tetQ则主要在Bacteroidetes（27.43–43.71%）中富集。总体而言，检测的10个ARGs在用AcoD处理时，富集效果更为显著（高达66.88 ± 87.34倍），且AcoD处理过程中会加入污泥（污泥往往含有更高的抗生素水平），因此厌氧发酵过程中微生物群落和ARGs的变化机制值得进一步关注。
AF和AcoD系统处理前后，食物废弃物中ARGs的丰度变化
AF和AcoD系统处理前后，食物废弃物中微生物群落在门和科水平的组成变化
ARGs和整合子的丰度变化具有显著相关性
RDA冗余分析ARGs和微生物组门水平变化的关联
总结：
本研究将有助于我们加深对ARGs在食物废弃物处理过程中变化模式的理解，为今后进一步提升食物废弃物的处理效率和控制ARGs水平奠定基础。
项目文章②
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852420316771
研究目的：
动物粪便中含有丰富的ARGs，但目前的堆肥处理技术尚不足以有效控制ARGs的水平。本研究通过温度控制的方法，通过添加抗生素磺胺甲恶唑（SMX），检测该处理方法对于ARGs水平的控制效果。
研究方法：
本研究通过添加不同剂量的SMX抗生素，对牛粪堆肥进行处理，并在处理的不同阶段对温度进行控制（处理45天后达到保藏期）：
本研究对磺胺类抗性（SR）基因（sul1、sul2、drfA1、drfA7和sulA）、intI1以及16S rRNA基因进行了荧光定量PCR检测，并通过高通量测序对微生物群落进行了解析。
测序平台：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序区域：微生物组细菌16S rRNA基因V3-V4区
研究结果：
4种处理结果表明，添加的抗生素SMX浓度对于温度、水含量、碳氮比、电导率（EC）和pH无显著影响（p > 0.05），但ARGs在最初10天的嗜温期丰度显著降低，随后sul1和sul2在处理30天后丰度明显升高。在堆肥处理后期，ARGs彼此之间的丰度变化更具相关性。值得注意的是，堆肥本身的性质（如温度的变化），对于微生物群落具有显著影响，进而体现出对ARGs丰度的富集作用。
堆肥处理过程中，微生物群落在门和属水平的组成变化
堆肥处理过程中，ARGs的丰度变化
堆肥处理10天（A）、30天（B）、45天（C）时，ARGs、intI1和16S rRNA基因丰度关联性的变化
偏最小二乘法路径分析（PLS path analysis）评估ARGs、MGEs（可移动遗传元件）、堆肥温度、堆肥理化性质（电导率、pH、湿度和碳氮比）及其与微生物群落之间的作用关系
总结：
本研究为进一步提升堆肥处理工艺并完善其评价标准、以及控制堆肥中的抗生素抗性水平提供了参考。
以上研究的测序和部分数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。如需进一步讨论，欢迎讨论区留言或者发邮件给我们哟（邮箱地址：metasupport@personalbio.cn）！
